Совмещенные характеристики трубопровода и перекачивающих станций. Рабочая точка. Аналитический расчет совместной работы участка трубопровода и перекачивающей станции.

 

Участк н/п перегон между двумя соседними нефтеперекачивающими станциями.

- полн. напор на выходе из НПС в начале участка (где z₁ – высот. отметка начала участка; hп - подпор на входе в НПС; Hст(Q) – дифф. напор НПС)

- полн. напор на входе из НПС

(где z₂ – выс. отметка конца участка; hк – остат. напор в конце участка)

ур. Бернулли примет вид:

Преобразовав его, получим:

– ур. баланса напоров для уч-ка н/п. Оно служит для определения расхода перекачки Q.

В этом ур. левая часть - гидравл. хар-тика НПС, а правая часть - гидравл. хар-ка участка трубопровода.

 

 

Совмещ. хар-ка НПС и т/п. Точка пересечения этих кривых гидравлической хар-ки т/п (А) наз. раб. точкой т/п. Величина Q* - решение ур.баланса напоров и соответ-ет расходу перекачки. Величина Н* - показ-ет значение напора на выходе з НПС в начале уч-ка.

Расчет необх. числа перекач. станций

H

H

Q

Q

А

Совмещенная характеристика нефтепровода и перекачивающих станций 1 – характеристика трубопровода; 2 – характеристика перекачивающих станций

Если в общем случае на линейной части имеются лупинги и вставки, уравнение (1.38) примет вид

 

. (1.39)

Определив расход Q, можно вычислить напор, развиваемый перекачивающими станциями, а также суммарные потери напора в трубопроводе. Обе эти величины одинаковы (условие баланса напоров).

Тот же результат можно получить графически, построив совмещенную характеристику трубопровода и насосных станций. Точка пересечения характеристик называется рабочей точкой (А), которая характеризует потери напора в нефтепроводе и его пропускную способность при заданных условиях перекачки (рис. 1.12). Равенство создаваемого и затраченного напоров, а также равенство подачи насосов и расходанефти в трубопроводе приводят к важному выводу: трубопровод и перекачивающие станции составляют единую гидравлическую систему. Изменение режима работы ПС (отключение части насосов или станций) приведет к изменению режима нефтепровода в целом. Изменение гидравлического сопротивления трубопровода или отдельного его перегона (изменение вязкости, включение резервных ниток, замена труб на отдельных участках трассы и т. п.) в свою очередь окажет влияние на режим работы всех перекачивающих станций.

38. Самотечные участки трубопровода. Условия образования и правила нахождения самотечных участков. Перевальные точки. Расчетная длина трубопровода.

Самотечным называется участок [x1, x2] трубопровода, на котором жидкость течет неполным сечением, самотеком, под действием силы тяжести.

Перевальной точкой называется такая возвышенность на трассе нефтепровода, от которой нефть приходит к конечному пункту нефтепровода самотеком. Таких вершин в общем случае может быть несколько. Расстояние от начала нефтепровода до ближайшей из них называется расчетной длиной нефтепровода. Рассмотрим это на примере нефтепровода протяженностью L, диаметром D и производительностью Q (рис. 1.9).

Прежде чем приступить к расстановке перекачивающих станций по трассе нефтепровода, необходимо исследовать трассу на наличие перевальной точки. Для этого на сжатом профиле трассы в соответствии с выбранными масштабами длин и высот строится прямоугольный треугольник, изображающий потери напора на некотором участке трубопровода. Построения выполняются в следующем порядке:

§ В горизонтальном масштабе откладывается отрезок ab, соответствующий участку нефтепровода длиной l;

§ Определяется значение потерь напора на трение (с учетом надбавки на местные сопротивления) для участка длиной l

.

§ Из точки a перпендикулярно вверх откладываем отрезок ac, равный величине h_l в масштабе высот.

Соединив точки b и c, получим треугольник abc, называемый также гидравлическим треугольником. Его гипотенуза bc определяет положение линии гидравлического уклона в выбранных масштабах.

l

i

b

c

a

hl

ПТ

hОТ

hОФ

lПТ

L

zПТ

zК

zН

Н

Графическое определение перевальной точки и расчетной длины нефтепровода

 

Из конечной точки трассы с учетом требуемого остаточного напора h_ОТ параллельно гипотенузе bc проведем линию гидравлического уклона 1. Ее пересечение с линией профиля указывает на наличие перевальной точки. Для ее определения проведем параллельно линию гидравлического уклона 2, с расчетом, чтобы она касалась профиля и нигде его не пересекала. Место касания линии 2 с линией профиля обозначает положение перевальной точки, определяющей расчетную длину нефтепровода.

Это говорит о том, что достаточно закачать нефть на перевальную точку, чтобы она с тем же расходом достигла конечного пункта трубопровода. Самотек нефти обеспечен, так как располагаемый напор (z_ПТ – z_K – h_ОТ) больше напора, необходимого на преодоление сопро­тивления на участке от перевальной точки до конечного пункта

(z_ПТ – z_K – h_ОТ)>i∙(L– l_ПТ),

где l_ПТ – расстояние от начального пункта нефтепровода до перевальной точки.

В этом случае за расчетную длину трубопровода принимают расстояние L_P=l_ПТ, а разность геодезических отметок принимается равной Dz= z_ПТ – z_H. Если пересечение линии гидравлического уклона с профилем отсутствует, то расчетная длина трубопровода равна его полной длине L_P=L, а Dz= z_K – z_H.

Следует отметить, что перевальная точка не всегда является самой высокой точкой на трассе (рис. 1.9.).

Рассмотрим течение жидкости за перевальной точкой (рис. 1.10).

l1

l2

i∙l2

i∙l1

ПТ

В

А

С

E

K

M

N

zПТ

Течение жидкости за перевальной точкой

На интервале между перевальной точкой и конечным пунктом выделим два участка: АС длиной l₁ и AK длиной l₂. Самотечное движение нефти на участке AK обеспечивается напором AE= i∙l₂.

На первом участке располагаемый напор CM превышает требуемый напор BM=i∙l₁ на величину BC. Следовательно, на участке АС гидравлический уклон должен быть больше i. Это возможно лишь в случае увеличения скорости течения нефти на участке АС. Как следует из уравнения неразрывности

Q = w∙F,

с возрастанием скорости w площадь живого сечения потока F должна уменьшаться. Это говорит о движении жидкости на участке АС неполным сечением трубопровода. Давление жидкости на этом участке ниже, чем в любой точке трубопровода и равно давлению насыщенных паров нефти (то есть абсолютное давление в трубопроводе меньше атмосферного). Пространство над свободной поверхностью жидкости будет заполнено выделившимися из нее парами и растворенными газами. При значительной длине самотечного участка вследствие высокой скорости потока происходит отрыв и унос парогазовых пузырьков в нижней части газовой полости. По мере удаления от самотечного участка давление жидкости возрастает, что приводит к кавитационным процессам из-за резкого схлопывания пузырьков. В свою очередь это может привести к значительной вибрации трубопровода и сопровождается повышенным уровнем шума.

Длительная работа нефтепровода на пониженных режимах перекачки является причиной продолжительного существования газовой полости за перевальной точкой. Повышенное содержание в нефти сернистых соединений может вызвать ускоренное протекание коррозионных процессов на внутренней поверхности стенки трубы над свободной поверхностью жидкости.

При увеличении расхода перекачиваемой нефти перевальная точка может исчезнуть, однако процесс растворения парогазового скопления продолжается длительное время. Если скорость течения достаточно велика, скопления газа выносятся потоком жидкости и могут достичь резервуара на конечном пункте нефтепровода. Сопровождающий это явление гидравлический удар приводит к повреждению резервуаров и их оборудования.

Если на конечном пункте нефтепровода поддерживать повышенный напор h_оф (рис.1.9), то появления перевальных точек на трассе можно избежать (линия гидравлического уклона 2 будет продолжена пунктирной линией). Разница полезного h_оф и требуемого h_от напоров может быть использована, например, для привода портативной электростанции. Проект такой электростанции разработан на нефте­проводе Тихорецк–Новороссийск в районе нефтебазы «Грушовая».